JP4895442B2

JP4895442B2 - リニア振動モータ

Info

Publication number: JP4895442B2
Application number: JP2001237119A
Authority: JP
Inventors: 厚吉寺嶋
Original assignee: Sumida Corp
Current assignee: Sumida Corp
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: JP2003010784A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ページャ等における着信アラームや部品製造工程における供給装置に用いるリニア振動モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来提案されているリニア振動モータとしては、例えば図９に示すようなものがある。すなわちＸＹＺ直交座標系において、Ｘ軸方向に延在する基部の両端部および中央部からＹ軸方向に伸びるアーム１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃを有する概略Ｅ字形状の磁性ヨーク１０５と、アーム１０３ｃに巻回されたコイル１０４とよりなる固定部１０８と、この磁性ヨーク１０５から弾性支持部材１０６によりＸ軸方向に可動自在に懸架支持され、Ｘ軸方向両側の磁極面に可動磁性ヨーク１０２ａ，１０２ｂが、Ｙ軸方向先端に可動部材１０７がそれぞれ形成された永久磁石１０１よりなる振動質量１０９と、により構成されている。
【０００３】
そして永久磁石１０１は、各アーム１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃと磁気ギャップを介して永久磁石１０１‐可動磁性ヨーク１０２ａ‐アーム１０３ａ‐アーム１０３ｃの磁気ループまたは永久磁石１０１‐可動磁性ヨーク１０２ｂ‐アーム１０３ｂ‐アーム１０３ｃの磁気ループで磁気回路を形成するように配設されている。
【０００４】
ここでコイル１０４に通電されると、磁性ヨーク１０５のアーム１０３ａと１０３ｂに磁束を生じて、永久磁石１０１との間に生じるクーロン力によって吸引もしくは反発し、永久磁石１０１側はアーム１０３ａか１０３ｂのいずれかに近づくようＸ軸方向に変位する。従って、コイル１０４に弾性支持部材１０６のたわみの共振周波数に相当する周波数の交番電流が印加されると永久磁石１０１側がＸ軸方向に往復振動する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述のリニア振動モータにおいては、磁気回路上に存在する磁気ギャップが多く、永久磁石のパーミアンスが低下して効率が低いため、振動質量に大きな推力を生じせしめることができない。また可動磁性ヨーク１０２ａ，１０２ｂを介してクーロン力によりアーム１０３ａもしくはアーム１０３ｂの一方に吸着した永久磁石１０１を他方のアーム側に変位させるためには吸着力を上回る推力を与えるためにコイル１０４への通電量を余計に加える必要があり加振効率が悪い。
【０００６】
また、外部の電源からオープンループで交番電流を印加して振動質量１０９を振動させようとした場合、交番電流周波数の変動や弾性支持部材１０６の弾性率の変化等により印加された電流の周波数と弾性支持部材１０６の共振周波数とがずれて十分な振動振幅が得られなくなってしまう。
【０００７】
この発明の目的は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、磁気ギャップを少なくして磁気効率を高めるとともに、クーロン力による可動磁性ヨークの吸着を生じることがないリニア振動モータを提供するとともに、印加された交流電流の周波数と弾性支持部材の共振周波数とのずれをなくして高い推力を安定して得られるリニア振動モータを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明のリニア振動モータは、ＸＹＺ直交座標系において、Ｙ軸と平行で、かつ、隣接しているものと相互に逆方向に着磁され、Ｘ軸方向に隣接してそれぞれの背面磁極側が第一の磁性ヨークを介して接続される複数の永久磁石と、前記永久磁石を保持する第一の部材と、Ｚ軸方向に延在するコイル線分を有し、前記永久磁石の表面側磁極のそれぞれとＹ軸方向に対向する複数の駆動コイルと、前記駆動コイルを保持する第二の部材と、前記第一の部材と前記第二の部材とを、相対的にＸ軸方向に可動自在となるように両側で接続する弾性支持部材と、前記永久磁石の磁極のＸ軸方向端部近傍に配置した磁気検出手段とよりなり、前記磁気検出手段の出力に基づき、前記弾性支持部材のＸ軸方向への振動の共振周波数と同じ周波数の交番電流を前記駆動コイルに供給して、前記第一の部材もしくは前記第二の部材のいずれかをＸ軸方向に往復運動させることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明のリニア振動モータにおいては、前記駆動コイルの背面側に第二の磁性ヨークを配設してなるものが好適である。
【００１１】
さらに、前記磁気検出手段の出力に基づいた閉ループの発振回路による駆動信号を前記駆動コイルに印加することが好適である。
【００１２】
前記磁気検出手段を、前記永久磁石のＹ軸と平行な軸周りに巻回された検出コイルで構成することが可能である。
【００１３】
前記磁気検出手段を、前記永久磁石のＸ軸方向端部近傍においてＸ軸と平行な軸周りに巻回された検出コイルで構成することが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、各実施形態について説明する。図１および図２はこの発明には含まれない参考例としての第一実施形態を示す平面図および斜視図である。
すなわち、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向に隣接するように配設された永久磁石１ａ，１ｂがＹ軸と平行で且つ相互に逆方向に着磁され、それぞれの背面磁極側がＸ軸方向に延在する第一の磁性ヨーク２により接続されて背面磁極側の磁気回路が閉じられ、永久磁石１ａ，１ｂのパーミアンスを高くしている。なお、第一実施形態は後述の磁気検出手段を備えていない点で本発明に含まれない態様であり、その他は本発明の基本構造を有している。
【００１５】
永久磁石１ａ，１ｂおよび第一の磁性ヨーク２は可動部材７（第一の部材）に接続され、振動質量として一体的な運動が可能となっている。
【００１６】
これら永久磁石１ａ，１ｂのそれぞれにＹ軸方向に対向するようにＸ軸方向に延在する第二の磁性ヨーク３が配設されて永久磁石１ａ，１ｂのパーミアンスをさらに高めている。Ｚ軸方向に延在するコイル線分を有する駆動コイル４ａ，４ｂが、例えば第二の磁性ヨーク３の周りに巻回するように形成され、第二の磁性ヨーク３とともに固定部材５（第二の部材）に固定される。
【００１７】
図示しないページャ等の被振動部材に固定された固定部材５には先端に可動部材７を保持する弾性支持部材６が接続され、可動部材７がＸ軸方向に可動自在となるように懸架支持されている。
【００１８】
駆動コイル４ａが永久磁石１ａによるＹ軸方向の磁界中に配設され、もう１つの駆動コイル４ｂが永久磁石１ｂによって前記とは逆向きの磁界中に配設されており、これら駆動コイル４ａ，４ｂのそれぞれに相互に逆方向となる電流が同時に供給されると、永久磁石１ａと１ｂのＸ軸方向にはローレンツ力が惹起され、これが推力となって永久磁石１ａ，１ｂは第一の磁性ヨーク２および可動部材７とともにＸ軸方向の左右に変位する。
【００１９】
弾性支持部材６のＸ軸方向への振動の共振周波数は、弾性支持部材６の弾性率と先端に接続された振動質量側の質量とにより決定される。そしてこの共振周波数と同じ周波数の交番電流を駆動コイル４ａ，４ｂに供給すると、振動質量はＸ軸方向に効率よく振動するようになる。
【００２０】
なお、この実施形態においては固定部材５を固定側に、可動部材７を可動側に用いたが、これとは逆に可動部材７側を固定側に、固定部材５側を可動側に用いてリニア振動モータとすることも可能である。また、第二の磁性ヨーク３を省略しても十分効率よく推力を得ることができる。
【００２１】
図３および図４はこの発明に含まれる実施例としての第２実施形態を示す平面図および斜視図である。ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向に隣接するように配設された永久磁石１ａ，１ｂがＹ軸と平行で且つ相互に逆方向に着磁され、それぞれの背面磁極側がＸ軸方向に延在する第一の磁性ヨーク２により接続されていて、永久磁石１ａ，１ｂおよび第一の磁性ヨーク２は可動部材７に接続され、振動質量として一体的な運動が可能となっている。
【００２２】
これら永久磁石１ａ，１ｂのそれぞれにＹ軸方向に対向するようにＸ軸方向に延在する第二の磁性ヨーク３が配設され、Ｚ軸方向に延在するコイル線分を有する駆動コイル４ａ，４ｂが、例えば第二の磁性ヨーク３の周りに巻回するように形成され、さらに永久磁石１ａと永久磁石１ｂとの境界近傍において永久磁石１ａ，１ｂのそれぞれに対向するように磁気検出手段ＳとしてＹ軸と平行な軸周りに巻回された検出コイル１０が配設されている。それぞれの駆動コイル４ａ，４ｂ、検出コイル１０は第二の磁性ヨーク３とともに固定部材５に固定される。
【００２３】
被振動部材に固定された固定部材５には先端に可動部材７を保持する弾性支持部材６が接続され、可動部材７がＸ軸方向に可動自在となるように懸架支持されている。
【００２４】
駆動コイル４ａが永久磁石１ａによるＹ軸方向の磁界中に配設され、駆動コイル４ｂが永久磁石１ｂによって永久磁石１ａの磁界とは逆方向の磁界中に配設されており、これら駆動コイル４ａ，４ｂのそれぞれに逆方向となる電流が同時に供給されると、永久磁石１ａと１ｂのＸ軸方向にはローレンツ力が惹起され、これが推力となって永久磁石１ａ，１ｂは第一の磁性ヨーク２および可動部材７とともに弾性支持部材６の共振周波数に対応した速さでＸ軸方向の左右に変位し、弾性支持部材６を振動させる。
【００２５】
永久磁石１ａ，１ｂのＸ軸方向への変位にともない、検出コイル１０に鎖交する永久磁石１ａ，１ｂからの磁束の向きが変化し、検出コイル１０には弾性支持部材６の共振周波数に対応した周波数の誘導起電力が出力される。
【００２６】
そして磁気検出手段Ｓとしての検出コイル１０の出力は図５に示すような発振回路の検出回路Ｃに供給されて位相調整され、さらに駆動回路Ｄに供給されて増幅され、駆動コイル４ａ，４ｂに通電される。なお、ここで駆動コイル４ａ，４ｂは直列接続された例を示しているが並列接続してもよい。
【００２７】
駆動回路Ｄから駆動コイル４ａ，４ｂに電流が供給されると、永久磁石１ａ，１ｂには弾性支持部材６のＸ軸方向への振動を加速する方向に推力が加えられ、この動作が繰り返されて振動質量の振動レベルが成長させられ、大振幅での振動が継続されるようになって自励振動が維持できる。
【００２８】
本説明においては磁気検出手段Ｓとして検出コイル１０を例示したがこれに限らず、ＭＲ素子、ホール素子等を用いてもよい。
【００２９】
図６はこの発明に含まれる実施例としての第二実施形態の変形例で、永久磁石１ａおよび永久磁石１ｂのそれぞれのＸ軸方向の端部近傍において、それぞれＹ軸と平行な軸周りに巻回された検出コイル１０ａ，１０ｂが配設されている点で異なるが、第二実施形態と同様に検出コイル１０ａ，１０ｂには弾性支持部材６の共振周波数に対応した周波数の誘導起電力が出力され、振動質量のＸ軸方向への変位を検出できるので、図５に示すような発振回路に接続すれば自励振動を維持できるようになる。
【００３０】
図７および図８はこの発明に含まれる実施例としての第三実施形態を示す平面図および斜視図である。ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向に隣接するように順次配設された永久磁石１ａ，１ｃ，１ｂがＹ軸と平行で且つ交互に逆方向になるように着磁され、それぞれの背面磁極側がＸ軸方向に延在する第一の磁性ヨーク２により接続されていて、永久磁石１ａ，１ｃ，１ｂおよび第一の磁性ヨーク２は可動部材７に接続され、振動質量として一体的な運動が可能となっている。
【００３１】
これら永久磁石１ａ，１ｃ，１ｂのそれぞれにＹ軸方向に対向するようにＸ軸方向に延在する第二の磁性ヨーク３が配設され、Ｚ軸方向に延在するコイル線分を有する駆動コイル４ａ，４ｂが、永久磁石１ａ，１ｂに対向し、さらに例えば第二の磁性ヨーク３の周りに巻回するように形成され、永久磁石１ｃに対向するように磁気検出手段Ｓとして第二の磁性ヨーク３の周りに検出コイル１１が巻回されている。
【００３３】
検出コイル１１には、永久磁石１ａの表面磁極と永久磁石１ｃの表面磁極との間に生じる磁束および永久磁石１ｂの表面磁極と永久磁石１ｃの表面磁極との間に生じる磁束のそれぞれが鎖交するようになっており、磁束の変化を効率よく検出できる。
【００３４】
それぞれの駆動コイル４ａ，４ｂ、検出コイル１１は第二の磁性ヨーク３とともに固定部材５に固定される。
【００３５】
被振動部材に固定された固定部材５には先端に可動部材７を保持する弾性支持部材６が接続され、可動部材７がＸ軸方向に可動自在となるように懸架支持されている。
【００３６】
駆動コイル４ａが永久磁石１ａによるＹ軸方向の磁界中に配設され、また、駆動コイル４ｂは永久磁石１ｂによって前記と同方向の磁界中に配設されており、これら駆動コイル４ａ，４ｂのそれぞれに同方向の電流が同時に供給されると、永久磁石１ａと１ｂのＸ軸方向にはローレンツ力が惹起され、これが推力となって永久磁石１ａ，１ｂはもうひとつの永久磁石１ｃと第一の磁性ヨーク２と可動部材７とともに弾性支持部材６の共振周波数に対応した速さでＸ軸方向の左右に変位するため、可動部材７は弾性支持部材６の共振周波数と同じ振動数で振動する。
【００３７】
永久磁石１ａ，１ｃ，１ｂのＸ軸方向への変位にともない、検出コイル１１に鎖交する永久磁石１ａ，１ｃ，１ｂによる磁束の向きが変化し、検出コイル１１に弾性支持部材６の共振周波数に対応した周波数の誘導起電力が出力される。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、磁気ギャップを少なくして、永久磁石のパーミアンスを高めることができるので、振動質量に大きな推力を与えることができる。また磁性ヨークがクーロン力により他方の磁性ヨークに吸着することがない。
【００３９】
また、閉ループの発振回路を構成できるので効率よく交番電流を印加することができ、弾性支持部材の弾性率の変化等による共振周波数変化に追随した周波数で駆動でき，十分な振動振幅が安定して得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明には含まれない参考例としての第一実施形態を示す平面図である。
【図２】この発明には含まれない参考例としての第一実施形態を示す斜視図である。
【図３】この発明に含まれる実施例としての第二実施形態を示す平面図である。
【図４】この発明に含まれる実施例としての第二実施形態を示す斜視図である。
【図５】この発明に含まれる実施例としての第二実施形態を示す回路ブロック図である。
【図６】この発明に含まれる実施例としての第二実施形態の変形例を示す平面図である。
【図７】この発明に含まれる実施例としての第三実施形態を示す平面図である。
【図８】この発明に含まれる実施例としての第三実施形態を示す斜視図である。
【図９】従来例を示す図である。

Claims

ＸＹＺ直交座標系において、
Ｙ軸と平行で、かつ、隣接しているものと相互に逆方向に着磁され、Ｘ軸方向に隣接してそれぞれの背面磁極側が第一の磁性ヨークを介して接続される複数の永久磁石と、
前記永久磁石を保持する第一の部材と、
Ｚ軸方向に延在するコイル線分を有し、前記永久磁石の表面側磁極のそれぞれとＹ軸方向に対向する複数の駆動コイルと、
前記駆動コイルを保持する第二の部材と、
前記第一の部材と前記第二の部材とを、相対的にＸ軸方向に可動自在となるように両側で接続する弾性支持部材と、
前記永久磁石の磁極のＸ軸方向端部近傍に配置した磁気検出手段とよりなり、
前記磁気検出手段の出力に基づき、前記弾性支持部材のＸ軸方向への振動の共振周波数と同じ周波数の交番電流を前記駆動コイルに供給して、前記第一の部材もしくは前記第二の部材のいずれかをＸ軸方向に往復運動させることを特徴とするリニア振動モータ。
前記駆動コイルの背面側に第二の磁性ヨークを配設してなる請求項１に記載のリニア振動モータ。
前記磁気検出手段の出力に基づいた閉ループの発振回路による駆動信号を前記駆動コイルに印加することを特徴とする請求項１または２に記載のリニア振動モータ。
前記磁気検出手段が、前記複数の永久磁石のＹ軸と平行な軸周りに巻回された検出コイルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリニア振動モータ。
前記磁気検出手段が、前記複数の永久磁石のＸ軸と平行な軸周りに巻回された検出コイルであることを特徴とする１〜３のいずれか１項に記載のリニア振動モータ。